简述射频装置对无线通信的影响

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摘要：无线移动通信的射频装置一般采用双载波系统，主要由电源单元、基带单元和中射频小信号单元和功放单元组成。介绍了无线移动通信射频装置硬件电路结构布局；分析了各模块的功能实现和存在的影响，并针对影响因素，提出了硬件设计和测试解决的方法，通过硬件电路的合理设置和优化设计，不断提升了射频电路的灵敏度、可靠度以及安全性要求。

关键词：无线通信；射频装置电路；硬件设计；影响因素分析；功能测试

随着技术快速发展，人们对无线通信技术的依赖程度越来越高，手机、电脑、IPAD等无线电子产品成为人们生活、娱乐的一部分。而随着移动通信技术的不断升级，移动通信设备硬件结构趋于小型化、智能化、模块化，产品性能日益稳定，日益满足人们日常生活家居、智能医疗、智能交通、商业交往的需要，无论在军事领域、生活领域都带来了巨大的变化。作为无线通信硬件结构中重要的部件，射频装置的性能决定了整个移动通信产品的性能，射频装置的研究也一直成为技术人员不断突破的关键技术之一。通过优化设计，不断强化射频装置的接收和发送信号的功能，减少各种辐射以及干扰影响，全面提升设备整体性能，从而满足提高频率资源的利用率，提升系统的稳定性，增强系统容量，解决系统操作的灵活性和安全性，满足不同层次的需求。另外对射频装置硬件的混频器、滤波器、D/A、A/D转换器进行合理设置，不断提升接收机的灵敏度、可靠度以及安全性要求[1]。

1射频装置结构布局

无线移动通信的射频装置一般采用双载波系统，主要由电源单元、基带单元和中射频小信号单元和功放单元组成。射频小信号部分由相对独立的两个收发载波组成。发射单元首将基带单元送来的I&Q信号一次上变频到发射频点上，经DVGA放大，功率放大，直接送到天馈系统发射出去。或者两个载波功率采用PBT的方式合路，再送到天馈系统发射出去；同时具有22个功率等级控制功能。接收部分将天线接收下来的微弱信号，经滤波放大分路后，送入双混频器下变频至71MHz，滤波后，送入基带单元解调出I/Q信号进行数字信号处理。中射频小信号单元由中频单元、发射单元、接收单元和频率源单元四个部分组成。环测功能由DVGA自身集成的混频器与其它电路配合完成[2]。在硬件电路设计上，采用集成模块化设计思路，尽量减少电路容积和体积，分立模块实现的电源、小信号、功放等整合到一块电路板上，大大提高了集成度。

2射频装置功能及对通信系统影响

2.1射频装置中频结构。中频部分包括ADC上行模块、DAC下行模块、功放功率检测和功放静态电流检测模块、功放栅压控制模块四个模块。DAC把基带送来的信号转换为模拟IQ输出至射频调制器；AD6650完成一个载频的接收主分集的中频信号处理，输出2倍符号速率的24bit基带IQ数据送到DSP进行均衡解调处理；功率检测电路把射频检波过来的电压信号经AD转换后送给基带处理；功放栅压控制电路检测功率放大器的静态工作电流，反馈给基带处理，基带对静态电流进行调整。2.2射频发射通道功能及影响。射频装置发射通道采用直接变频方案。首先由FPGA产生GMSK/8PSK已调数字IQ信号，送给DAC产生模拟I/Q信号，通过调制器直接把I/Q信号调制到GSM发射频段，发射信号经滤波放大后推动功放产生60W/GMSK或40W/8PSK两路输出功率信号，或经合路电桥合并为一路，再经过射频前端单元的双工滤波器送往天线发射出去。载频外部合路单元DCOM，已经在载频内部合路器使用，而在系统应用时还需再次合路时才能使用。下行方案采用直接变频方案，数据速率较低，所以对DA器件的要求较低。实际设计中基带IQ数据速率和时钟速率都只有6.5MHz，故利用到的DA带宽只有6.5MSPS。基带数字IQ经DA器件转成模拟IQ输出。系统设计要求DAC输出的模拟IQ信号峰峰值(VPP)为0-1.4V，直流偏置(DCBias)为0.5V。根据模数转换理论，由于采样脉冲非理想，有一定的宽度，输出信号包络会受Sinc函数调制。所以DAC输出的模拟IQ信号在频域会产生镜像信号，DAC输出需要加一个重建滤波器滤除镜像频率，另外该滤波器对远端杂散也有一定的抑制作用。为保证带内平坦，低通滤波器设计为巴特沃兹型。经过仿真和测试，滤波器要达到63dB的抑制，至少需要5阶。DAC输出的模拟IQ为差分形式，滤波器设计为5阶差分LC低通滤波电路。2.3射频接收通道功能及影响。天线接收的信号，经射频前端的低噪声放大器放大后，经DDPU送到载频接收输入端。在载频内接收通道仅通过一次下变频到中频频段211MHz，再经中频声表滤波器滤波后送到基带接收中频处理单元进行AGC放大、IQ解调、基带IQ采样和数字处理。整个下行通道的增益调整也由芯片max2059完成。其外围电路均按照器件资料建议的设计，保证足够的性能同时不增加冗余设计，包括电源的滤波，衰减器和放大器之间的隔直或匹配电容、外部电阻的精度等。考虑到52MHzVCO对整个收发信道的影响，例如和104MHz参考信号的谐波以及发射本振源或接收本振源混频产生在发射或接收带内，必须加强该路104MHz信号的隔离和谐波的滤波。基站正常工作时，需关闭环测本振源，以防环测本振源引起的各种干扰。在典型情况下，器件工作点回退最低处在MAX9995处。对于GMSK信号，回退0.8dB，由于GMSK信号恒包络，因此不影响解调。对于8PSK信号，各级回退都在10dB以上，满足设计要求。依靠BAV99的限幅作用，保证两种情况下到达AD6650的信号电平均低于AD6650的满刻度输入电平7dBm，AD6650工作不受影响[3]。射频接收通道的阻塞与杂散响应来自三个途径影响：（1）混频器高阶混频产物；（2）本振相噪通过倒易混频干扰有用信号；（3）中频信号采样混叠。其中，中频信号采样混叠问题在采用52M采样速率后可消除。2.4射频装置频率源功能及影响。射频装置由双载波组成，所以其频率源由三部分组成，分别为二个发射射频频率源、二个接收射频频率源、一个52MHz时钟频率源。其功能是完成协议规定的正常输出频点以及实现协议规定的时隙跳频。单板使用的频综是快锁型的，跳频的实现是由频综在保护时隙内完成，所以频综数量就减少了一半。影响频谱模板的主要因素有:（1）基带I&Q的频谱模板；（2）发射本振相噪和杂散；（3）发射机的非线性频谱扩散，包括调制器、放大器的非线性，主要影响6MHz内；（4）发射机底噪影响载波远端频谱。2.5环测功能及影响。射频装置发射通道环回测试功能的实现，环测信号取自IQ调制器的输出，采用DVGA芯片中集成的混频器，通过在环测时隙选通DVGA内部开关控制。同时采用参考时钟的二次谐波替代环测本振，发射频段RF信号衰减到一定的电平，再将此信号搬移104MHz到相应的接收频段，通过耦合器将环回的测试信号耦合到主分集接收通道进行接收处理。为了减少功耗以及环测频率源带来的干扰以及环测功能主要起维护作用，所以载波正常工作时，关断环测功能电路，防止带来单板干扰。环测时利用一路104MHz信号作为本振，由于104MHz比DSC1800上下行频率间隔95MHz大了9MHz，所以在环测时隙基带控制发射信号频点提高104-95MHz=9MHz，混频后的信号为对应的接收频点。接收频点衰减一定值后，再经过30dB的电阻耦合器输入到接收通道，最终由基带处理。影响EVM的主要因素有:（1）I&Q调制器的载波抑制度、I&Q平衡度、载波正交度；（2）载波的相位噪声；（3）非线性幅度压缩和幅相转换；（4）通道相频特性畸变和幅频特性畸变。环测104MHz参考时钟的滤波电路时，采用三阶带通滤波器L1=L3=22nH，C1=C3=100pF、L2=180nH、C2=12pF。如图1所示仿真电路。2.6功率放大功能及影响。功放主要实现以下功能：将DBRU发射单元输出的两路TXA、TXB信号分别放大到所需要的功率等级，输出给双工器，通过天馈口发射出去；或者将放大后的信号进行功率合成，将功率从合路口输出给双工器，再通过天馈口发射出去[4]。主要功能如表1所示。射频装置功放电路数字偏置部分，利用电流检测电路对功率放大器的静态工作电流进行采样，ADC将采集到的模拟电压信号转化为数字信号，送给控制器进行处理，控制器处理后发出控制信号，DAC将该控制信号转换为模拟电压信号，控制功率放大器的栅极，调整功率放大器的静态工作电流。功放为两级级联，为改善级间匹配，在驱动级和输出级间加入隔离器，输出用双节隔离器保护，输出采用开关连接器完成单独或合路输出的选择。

3结论

射频装置在无线通信设计中，涉及重要的硬件电路布局、元器件参数、工艺焊接、EMC设计等影响，因此在设计过程需要统筹考虑，尽量减少各种影响，从而增强通信系统的整体功能，满足人民多方面需求。

参考文献

[1]高金河.基于射频的无线通信技术研究[J].工程技术(全文版),2013(17):00281-00281.

[2]刘中奇.浅析射频装置对无线通信的影响[J].数字技术与应用,2017(3):34-35.

[3]陈君.无线通信系统中的抗干扰技术[J].通信电源技术,2014,31(5):33-35.

[4]舒浩.新一代无线通信射频收发机系统的研究和实现[D].西安电子科技大学.

[5]王超,张鹏.2.4GHz自定义手持射频通信系统设计与实现[J].电子制作,2018(23):57-59.

作者:龚乐 单位:广州海格通信集团股份有限公司